DE19509177A1

DE19509177A1 - Controlling actuator movement for e.g. robot axis movement

Info

Publication number: DE19509177A1
Application number: DE1995109177
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Ing Ziegler; Joachim Stelzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-19

Abstract

The actuator control involves the use of a drive and adjustment mechanism (7) for executing the movements of an actuator. The movement is controlled by the change in shape and/or length determined by thermal conditions of a controlling linkage (9). The linkage can include individual links made of an alloy which has a shape memory characteristic and by passing current through at least one link heat can be produced to induce the required physical changes in the linkage. The links can be taught wires and can be used as an ohmmeter to indicate the actuator position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Bewegungen, z. B. bei Roboterachsen.The invention relates to a method and a device to carry out movements, e.g. B. with robot axes.

Derartige Antriebssysteme umfaßten bisher in der Regel rotierende Motoren. Zur Positionsbestimmung wurden in der Regel Winkelmeßgeber eingesetzt.Drive systems of this type have hitherto generally comprised rotating motors. To determine the position, the Usually angle encoder used.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere Aktorik-Systeme zu schaffen, die demgegenüber einfacher aufgebaut sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sol len dabei gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich ver einfachte Antriebssysteme und/oder Positionsmeßeinrichtun gen eingesetzt werden.The object of the present invention is, in particular To create actuator systems that, on the other hand, are easier are built up. In a preferred embodiment, sol compared to conventional solutions simple drive systems and / or position measuring devices gene can be used.

Die Erfindung wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 bzw. 7 und bezüglich der Vorrichtung entsprechend den im Anspruch 12 bzw. 18 angegebenen Merk malen gelöst. The invention is corresponding in terms of the method and in claim 1 and 7 and with respect to the device according to the note specified in claim 12 or 18 paint solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

Es muß als ausgesprochen überraschend bezeichnet werden, daß nunmehr erstmals ein Antriebssystem vorgeschlagen wird, welches insbesondere auch zur Ansteuerung von Robo terachsen eingesetzt werden kann, welches motorlos arbei tet. Ergänzend und alternativ dazu muß auch die erfin dungsgemäße Positionsgeber-Einrichtung im Hinblick auf ihre Funktionsweise als höchst überraschend bezeichnet werden, vor allem im Zusammenhang mit der erfindungsgemä ßen Antriebseinrichtung.It must be described as extremely surprising that now for the first time a propulsion system is proposed which is also used to control Robo can be used, which works without a motor tet. In addition and as an alternative, inventions must also be made position sensor device in accordance with described their functioning as extremely surprising are, especially in connection with the invention ß drive device.

Gemäß der Erfindung werden zur entsprechenden Umsetzung weder Motoren noch Winkelmesser benötigt.According to the invention, the corresponding implementation neither motors nor protractor needed.

Die mechanische Energie kommt vielmehr aus der Formände rung von Metallegierungen mit Formgedächtniseffekt, die durch Temperaturänderung erzwungen werden kann. Die Form gedächtnis-Metallegierungen bewegen einen Teil der Akto rik.The mechanical energy rather comes from the mold tion of metal alloys with shape memory effect, the can be forced by changing the temperature. The shape memory metal alloys move part of the Akto rik.

Dabei können Formgedächtnis-Metallegierungen, also sog. Memory-Elemente eingesetzt werden, die einen Einweg- oder einen Zweiwegeffekt aufweisen. Bei Materialien mit Ein wegeffekt ist dann zur Erzielung einer vollständigen Hy sterese, bestehend aus Aufheizungs- und Abkühlungsphase des Materials, eine entsprechende Federeinrichtung vor gesehen, um die Antriebseinrichtung wieder auf die ur sprüngliche Länge nach Durchführung eines Aufheiz- und Durchführung eines nachfolgenden Abkühlschrittes wieder zurückzuführen.Shape memory metal alloys, so-called Memory elements are used that are single-use or have a two-way effect. For materials with on path effect is then to achieve a complete Hy steresis, consisting of heating and cooling phase of the material, a corresponding spring device seen to drive the drive device back to the ur jump length after performing a heating and Carrying out a subsequent cooling step again attributed.

Die Aufheizung dieser Memory-Elemente bevorzugt in Form von Drähten kann direkt oder indirekt erfolgen. The heating of these memory elements preferably in the form of wires can be done directly or indirectly.

Bevorzugt werden ein oder mehrere parallel verlegte Drähte bestehend aus Metallegierung mit Formgedächtniseffekt mittels strombedingter Joulescher Wärme erwärmt, worüber sie sich verkürzen und z. B. einen Aktorikarm eines Robo ters bewegen.One or more wires laid in parallel are preferred consisting of metal alloy with shape memory effect heated by means of electricity-related Joulescher what about they shorten and z. B. an actuator arm of a robo ters move.

Nach Abschaltung des Stroms setzt automatisch die Kühlung ein, die entsprechend der Materialdicke des gewählten Drahtes in einer Größenordnung von beispielsweise 1 Sekun de oder deutlich darunter durchführbar ist, insbesondere dann, wenn Drähte mit dünnem Materialquerschnitt verwendet werden.After the power has been switched off, the cooling automatically switches on one that corresponds to the material thickness of the selected Wire in the order of 1 second, for example de or is significantly less feasible, in particular when using wires with a thin material cross section will.

Es können aber auch noch zusätzliche Kühleinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise zumindest während der Kühlphase zuschaltbare Lüfter, um die Kühlung und damit die dadurch bewirkte Längenzunahme in noch kürzerer Zeit zu bewirken.However, additional cooling devices can also be used be provided, for example at least during the Cooling phase switchable fans to cool and thus the resulting increase in length in an even shorter time to effect.

Als besonders überraschend hat sich gezeigt, daß eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Ef fektgröße (also der temperaturbedingten Längenänderung der aus einer Metallegierung mit Formgedächtniseffekt beste henden Antriebseinrichtung insbesondere in Form eines oder mehrerer Drähte) für die Aufheiz- und Abkühlphase nahezu linear ist. Dadurch läßt sich eine Zuordnung "Widerstand- Effektgröße" im Anwendungsfall relativ einfach bestimmen. Mit anderen Worten kann die jeweilige Aktorik-Position allein dadurch detektiert werden, daß die quantitativ meßbare Widerstandsänderung der Formgedächtnis-Legierung gemessen wird.It was found to be particularly surprising that a Dependence of the electrical resistance on the Ef effect size (i.e. the temperature-related change in length of the best of a metal alloy with shape memory effect existing drive device in particular in the form of a or several wires) for the heating up and cooling down phase is linear. This allows an assignment "resistance Effect size "relatively easy to determine in the application. In other words, the respective actuator position be detected solely by the quantitative measurable change in resistance of the shape memory alloy is measured.

Bevorzugt kann die Messung in einem Multiplex-Meßverfahren durchgeführt werden, bei welchem in kurzen Pausen, in denen kein Strom zugeführt wird, der Drahtwiderstand ge messen wird, der, wie erwähnt, ein relatives Maß für die Position bzw. die Positionsänderung des über den betref fenden Draht bewegten Teiles ist.The measurement can preferably be carried out in a multiplex measurement method be carried out, in which in short breaks, in to which no current is supplied, the wire resistance ge which, as mentioned, is a relative measure of the Position or the change in position of the concerned moving wire.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorge sehen, daß entsprechend der zu erzeugenden Kräfte und Momente mehrere derartiger Antriebselemente in Form von Memory-Legierungen (insbesondere in Form von Drähten) parallel angeordnet sind, um dadurch eine Summenwirkung mit größerer Kraft- und Momentenerzeugung zu gewährlei sten.In a particularly preferred embodiment, it is provided see that according to the forces to be generated and Moments of several such drive elements in the form of Memory alloys (especially in the form of wires) are arranged in parallel, thereby creating a total effect guarantee with greater force and torque generation most.

Schließlich ist in einer Weiterbildung der Erfindung eben so vorgesehen, daß derartige Antriebselemente insbesondere in Form von Drähten bestehend aus Memory-Legierungen an Umlenkstellen (bevorzugt über Rollen) zumindest einmal, bevorzugt mehrfach umgelegt sind, um dadurch in quantita tiver (absoluter) Hinsicht größere Längenänderungen und dadurch größere absolute Bewegungsabläufe (beispielsweise Winkelverschwenkungen eines Roboterarmes etc.) durchführen zu können.Finally, in a further development of the invention so provided that such drive elements in particular in the form of wires consisting of memory alloys Deflection points (preferably via rollers) at least once, are preferably flipped several times, in order thereby in quantity tiver (absolute) terms major changes in length and thereby larger absolute movements (for example Perform angular swiveling of a robot arm etc.) to be able to.

Die Erfindung kann aber bevorzugt nicht nur im Sinne von Zugdrähten, sondern auch beispielsweise bei Torsionsdräh ten eingesetzt werden, die aus einer Memory-Legierung hergestellt sind. Wärmeabhängig wird dort eine Drehung durch den Torsionsdraht bewirkt.However, the invention can preferably not only in the sense of Tensile wires, but also for example with torsion wires ten are used, which are made of a memory alloy are manufactured. A rotation becomes dependent on the heat caused by the torsion wire.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Beispielen. Dabei zeigen im einzelnen:Further advantages, details and features of the invention follow from the drawings shown examples. The individual shows:

Fig. 1 ein schematisch Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anwendung zur Betätigung eines einzelnen Roboterarmes; Fig. 1 shows a schematic embodiment of an application according to the invention for actuating a single robot arm;

Fig. 2 eine Hysterese zur Erläuterung der verän derten Effektgröße gegenüber der Tempera tur (welche weitgehend tibereinstimmt mit einer entsprechenden Kurve bezüglich des sich ändernden elektrischen Widerstandes über der Temperatur); Figure 2 is a hysteresis to explain the changed effect size against the tempera ture (which largely coincides with a corresponding curve with respect to the changing electrical resistance over temperature).

Fig. 3 ein Diagramm bezüglich der Effektgröße über den Widerstand; Fig. 3 is a graph relating to the effect size across the resistor;

Fig. 4 ein Schema eines Regelkreises; Fig. 4 is a diagram of a control circuit;

Fig. 5 eine Zeitmultiplex-Darstellung der Wider standserfassung. Fig. 5 is a time division representation of the resistance detection.

Im Rahmen der Erfindung werden Materialien eingesetzt, die sog. "Memory-Legierungen" betreffen, also Materialien mit einem Formgedächtniseffekt.In the context of the invention, materials are used which So-called "memory alloys" relate to materials with a shape memory effect.

Der Formgedächtniseffekt von Memory-Legierungen bewirkt eine Form- oder Volumenänderung des Werkstoff es bei Ände rung seiner Temperatur mit oder ohne Einwirkung äußerer mechanischer Spannungen und basiert auf einer martensi tischen Umwandlung.The shape memory effect of memory alloys a change in shape or volume of the material when it changes its temperature with or without external influences mechanical stresses and is based on a martensi table conversion.

Der nutzbare Effekt liegt je nach Legierung und Zusammen setzung zwischen 1 und 7%.The usable effect depends on the alloy and the combination setting between 1 and 7%.

Industriell nutzbare Legierungen sind z. B.:Industrially usable alloys are e.g. B .:

- CuAlNi (copper-aluminum-nickel, 1 ... 6%)
- CuZnAl (copper-zinc-aluminum, 1 ... 4%)
- NiTi (nickel-titanium, 1 ... 7%).

NiTi überragt im Vergleich zu den genannten Kupferlegie rungen in seinen physikalischen und mechanischen Eigen schaften und kommt in den häufigsten Applikationen zur Anwendung.NiTi stands out compared to the copper alloy mentioned in its physical and mechanical properties and is used in the most common applications Application.

Memory-Elemente weisen je nach Art der Herstellung drei unterschiedliche Effekte auf, welche bei mechanischer oder thermischer Beanspruchung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und die Grundlage für das jeweilige Anwendungs gebiet darstellen.Memory elements have three depending on the type of manufacture different effects, which with mechanical or thermal stress different properties have and the basis for the respective application represent area.

Die drei Effekte lassen sich wie folgt beschreiben:The three effects can be described as follows:

- one-way effect
Memory elements with a one-way effect have a cold deformability (plastic behavior), which can be reversed by heating. After cooling again, the elements are again cold-formable.
- two-way effect
The two-way effect causes a movement (σ = 0) or a force (ε = 0) just by changing the temperature and is characterized by a much smaller effect size compared to the one-way effect.
- pseudoelasticity
Pseudo-elastic memory elements are characterized by a rubber-like behavior with large deformation paths and at the same time low mechanical stress.

Memory-Elemente lassen sich in allen erdenklichen Formen herstellen. Federn, Zugdrähte, Biegestreifen und Torsions drähte gehören zu den häufigsten Anwendungen.Memory elements can be in all imaginable forms produce. Springs, tension wires, bending strips and torsions wires are one of the most common applications.

Nutzbare Kräfte und Momente:
Kleine Kräfte bei hohen Effektgrößen weisen Memory- Federn auf, große Kräfte bei kleinen Effektgrößen zeigen Memory-Zugdrähte. NiTi-Zugdrähte mit Einwegef fekt erreichen eine nutzbare Zugkraft von 100 N/mm², wobei eine Rückstellkraft von rund einem Drittel der nutzbaren Kraft erforderlich ist, um nach der Abküh lung die Ausgangslage zu erreichen.Usable forces and moments:
Small forces with large effect sizes have memory springs, large forces with small effect sizes show memory pull wires. NiTi pull wires with one-way effect achieve a usable tensile force of 100 N / mm², whereby a restoring force of around a third of the usable force is required to reach the starting position after cooling.

Temperaturverhalten:
Das Verhalten von Memory-Elementen unterliegt bei Erwärmung und Abkühlung der Hysterese. Handelsübliche Memory-Werkstoffe weisen eine Umwandlungstemperatur von 40 bis 80°C bei einer Hysterese von 20 bis 40 K auf. Eine Erwärmung, und der damit verbundene Effekt, läßt sich nahezu beliebig schnell erreichen, das Ab kühlverhalten hingegen ist in großem Maße von dem eingesetzten Querschnitt des Memory-Elementes abhängig.Temperature behavior:
The behavior of memory elements is subject to hysteresis when heated and cooled. Commercial memory materials have a transition temperature of 40 to 80 ° C with a hysteresis of 20 to 40 K. Heating, and the associated effect, can be achieved almost as quickly as desired, but the cooling behavior is largely dependent on the cross section of the memory element used.

Effektstabilität:
Unter Beachtung physikalischer Grenzwerte, insbesonde re für Überhitzung und Überdehnung, kann eine Stabili tät von bis zu 106 Temperaturzyklen erreicht werden.Effect stability:
Taking physical limits into account, in particular for overheating and overexpansion, a stability of up to 106 temperature cycles can be achieved.

Elektrischer Widerstand:
Der elektrische Widerstand von Memory-Legierungen unterliegt im Verlauf eines martensitischen Umwand lungszyklus ebenfalls einer Hysterese, welche in engem Zusammenhang mit der Umwandlung steht. Der spezifische Widerstand von Memory-Legierungen liegt im Bereich von 0,5 bis 1,1 Ω·m·10^-6.Electrical resistance:
The electrical resistance of memory alloys is also subject to hysteresis in the course of a martensitic transformation cycle, which is closely related to the transformation. The specific resistance of memory alloys is in the range from 0.5 to 1.1 Ω · m · 10 ^-6 .

(Zur Veranschaulichung: Ein NiTi-Draht mit 1 = 1 m und d = 130 µm zeigt innerhalb eines Umwandlungszyklus einen Widerstand von ca. 60 . . . 80 Ω).(To illustrate: A NiTi wire with 1 = 1 m and d = 130 µm shows within one conversion cycle a resistance of approx. 60. . . 80 Ω).

Um einen befriedigenden Einsatz von Memory-Elementen zu erreichen, müssen für die physikalischen und mechanischen Eigenschaften Richtwerte eingehalten werden. To ensure satisfactory use of memory elements must achieve for the physical and mechanical Properties guideline values are observed.

Das Arbeitsvermögen und die Effektstabilität unterliegen Alterung und Ermüdung, welche bei Einhaltung der Richt werte weitestgehend in Grenzen gehalten werden können.The work capacity and the effect stability are subject Aging and fatigue, which if the dir values can be largely kept within limits.

Folgende Richtlinien sind insbesondere zu beachten:The following guidelines are particularly important:

- Setting small effect sizes when desired high number of cycles
- No exceeding the maximum allowable mechanical tension
- No exceeding the maximum allowable Temperature; no excessive temperature above a longer period
- No welding or soldering
- No painting or coating.

Anhand von Fig. 1 ist ein schematisches Ausführungsbei spiel der Erfindung gezeigt.Referring to Fig. 1 is a schematic Ausführungsbei play of the invention is shown.

Darin ist ein Arm 1, beispielsweise ein Arm 1 eines Robo ters, dargestellt, welcher um eine Schwenkachse 3 längs der Pfeildarstellung 5 verschwenkbar ist.This shows an arm 1 , for example an arm 1 of a robot, which can be pivoted about a pivot axis 3 along the arrow 5 .

Als Antriebs- und Verstelleinrichtung 7 dient im gezeigten Ausführungsbeispiel ein oder mehrere Drähte 9, die aus einer Memory-Legierung, also aus einer Metallegierung mit Formgedächtniseffekt, gebildet sind.In the exemplary embodiment shown, one or more wires 9 , which are formed from a memory alloy, that is to say from a metal alloy with a shape memory effect, serve as the drive and adjusting device 7 .

Im gezeigten Ausführungsbeispiel können beispielsweise zwölf Drähte 9 hintereinanderliegend an einem Fixpunkt 11, d. h. beispielsweise einem Klemmanschluß 11′, befestigt sein. Zur Erzielung einer ausreichenden absoluten Längen änderung sind die mehreren parallel geführten und hinter einanderliegenden Drähte im gezeigten Ausführungsbeispiel um insgesamt fünf Rollen 15 geführt, die jeweils abwech selnd versetzt zueinander liegen. In the exemplary embodiment shown, for example twelve wires 9 can be fastened one behind the other at a fixed point 11 , that is to say for example a terminal connection 11 '. In order to achieve a sufficient absolute change in length, the plurality of wires which are guided in parallel and are located behind one another in the exemplary embodiment shown are guided by a total of five rollers 15 , which are alternately offset from one another.

Die zum Klemmanschluß 11′ gegenüberliegenden Enden der Drähte 9 sind dann um eine größer dimensionierte Rolle 17, deren Durchmesser beispielsweise 15 bis 20 mm beträgt (ge nauso aber beispielsweise auch 2 bis 50 mm etc. aufweisen kann), gewickelt und an geeigneter Stelle, beispielsweise einem mit der Rolle 17 mitdrehenden Klemmanschluß 17′ fixiert.The terminal connection 11 'opposite ends of the wires 9 are then wound around a larger-sized roller 17 , the diameter of which is, for example, 15 to 20 mm (but may also have, for example, 2 to 50 mm etc.), and at a suitable point, for example one with the roller 17 rotating terminal connection 17 'fixed.

Durch Erwärmung kann nunmehr eine Effektlängen-Verkürzung durchgeführt werden. Nach nachfolgender Abkühlung kann wiederum eine Längenvergrößerung bewirkt werden.Heating can now shorten the effect length be performed. After subsequent cooling, you can again an increase in length can be effected.

Bei Verwendung von Zweiwegeffekt-Legierungen wird die Längenverkürzung und bei Abkühlung die nachfolgende Län genvergrößeren der Drähte stets reproduziert, beispiels weise längs einer Hysterese.When using two-way effect alloys, the Shortening of the length and when cooling down the following length gene enlargement of the wires always reproduced, for example wise along a hysteresis.

Im Falle der Verwendung von Memory-Legierungen mit Ein wegeffekt (die in der Regel eine größere Effektgrößen- Veränderung aufweisen) wird bevorzugt ferner noch eine Kraftrückstelleinrichtung 19 verwendet.In the case of the use of memory alloys with a one-way effect (which generally have a larger change in effect size), a force restoring device 19 is preferably also used.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht diese aus einer Feder 19′, die beispielsweise im gezeigten Ausführungs beispiel mittig am Arm 1 angelenkt und in einem bevorzug ten Winkelbereich von 45° ± 30° davon weglaufen, und zwar in Richtung auf die Schwenkachse 3 zu vorgesehen ist und gegenüberliegend zum Arm 1 an einem Fixpunkt 23 verankert ist.In the embodiment shown, this consists of a spring 19 ', for example in the embodiment shown articulated centrally on the arm 1 and run away from it in a preferred th angular range of 45 ° ± 30 °, namely in the direction of the pivot axis 3 and is provided opposite is anchored to arm 1 at a fixed point 23 .

Der erwähnte Fixpunkt 11 und der Fixpunkt 23 können bei entsprechend optimierter Geometrie als gemeinsame Fixpunk te bezüglich der gleichen Basis, also als zusammenhängende oder in fester Relativlage zueinander liegende Fixpunkte gestaltet sein. The mentioned fixed point 11 and the fixed point 23 can be designed with a correspondingly optimized geometry as a common fixed point with respect to the same base, that is to say as a coherent fixed point or a fixed relative position to one another.

Entsprechend dem geschilderten Aufbau können nunmehr mehr gliedrige Arme gebildet sein, wobei jeweils ein nachfol gender Arm an einem in Fig. 1 dargestellten vorausgehen den Arm angelenkt ist, wobei dann der erwähnte Klemman schluß 11′ sowie die aus weiteren Drähten bestehende An triebs- und Verstelleinrichtung an dem betreffenden vor ausgehenden Arm angebracht ist.According to the structure described, more link arms can now be formed, each having a subsequent arm on a preceding arm shown in Fig. 1, the arm is articulated, then the mentioned Klemman circuit 11 'and the drive and adjustment device consisting of other wires is attached to the relevant outgoing arm.

Mit anderen Worten könnte ein nächster gelenkiger Arm an der Achse 25 angebracht sein, wobei über die weiteren Rollen 27 auf diesem Arm 25 nächste Memory-Drähte wechsel weise hin- und hergeführt werden, die dann auf einer ent sprechenden Rolle eines nächsten Arms im Bereich der Achse 25 angreifen.In other words, a next articulated arm could be attached to the axis 25 , 25 next memory wires being alternately guided back and forth on the further rollers 27 on this arm, which then correspond to a corresponding role of a next arm in the region of Attack axis 25 .

Durch den geschilderten Aufbau läßt sich eine Effektnut zung von Memory-Zugdrähten beispielsweise in der Roboter technik erzielen, und zwar in Form einer kompakten Unter bringung großer Drahtlängen.The structure described allows an effect groove for example in the robot achieve technology, in the form of a compact sub large lengths of wire.

Kleine Drahtquerschnitte zeigen ein gutes Abkühlverhalten, zeichnen sich jedoch durch kleine Zugkräfte aus; eine parallele Anordnung der erwähnten mehreren Zugdrähte ist zur Erreichung großer Kräfte erforderlich und möglich.Small wire cross-sections show good cooling behavior, are characterized by small tensile forces; a parallel arrangement of the mentioned several pull wires necessary and possible to achieve great strength.

Von daher kann im gezeigten Ausführungsbeispiel problemlos eine Vielzahl, beispielsweise zwölf Drähte, parallel um die Rollen 15 geführt werden.Therefore, in the exemplary embodiment shown, a large number, for example twelve wires, can be guided parallel around the rollers 15 without problems.

Als günstig hat sich beispielsweise die Verwendung von NiTi-Zugdrähten mit einem Durchmesser von beispielsweise 130 µm bei einer Wirklänge von beispielsweise 60 cm erwie sen. Die Verwendung derart dünner Drahtquerschnitte ermög licht kurze Umsteuerungszeiten, d. h. ergibt kurze Abkühl zeiten. For example, the use of NiTi pull wires with a diameter of, for example 130 µm with an effective length of 60 cm, for example sen. The use of such thin wire cross sections enables short changeover times, d. H. gives short cooling times.

Die Beheizung der Memory-Drahtelemente kann beispielsweise indirekt erfolgen (durch Bestrahlung, externe Beheizung etc.). Bevorzugt wird jedoch die Beheizung mittels Jou lescher Wärme, also durch Stromfluß realisiert.The memory wire elements can be heated, for example indirectly (through radiation, external heating Etc.). However, heating by means of Jou is preferred lescher heat, so realized by current flow.

Rechnergestützt kann ein PID-Regler mit Pulsweitenmodula tion verwendet werden. Im Multiplexverfahren können Stell größen und Abtastgrößen erzeugt und ermittelt werden.A PID controller with pulse width modules can be computer-supported tion can be used. In the multiplex process, Stell sizes and sample sizes are generated and determined.

Wie bereits aus Fig. 2 ersichtlich ist, ändert sich die Effektgröße beim Aufheizen und Abkühlen der Memory-Draht elemente. Beim Aufheizen verringert sich die Effektgröße, die sich beim Abkühlen wiederum vergrößert.As can be seen from Fig. 2, the effect size changes when heating and cooling the memory wire elements. When heating up, the effect size decreases, which in turn increases when cooling down.

Entsprechend ändert sich auch der Widerstand in Abhängig keit der Fig. 3, wobei sich eine praktisch gleiche Hyste rese wie in Fig. 2 ergibt.Correspondingly, the resistance changes as a function of FIG. 3, with a practically the same hysteresis as in FIG. 2.

Wie Fig. 3 zeigt, ist aber auch die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Effektgröße für die Aufheiz- und Abkühlphase zumindest nahezu linear. Dadurch ergibt sich eine einfache Zuordnung Widerstand-Effektgrö ße, um im Einsatzfall die Effektgröße durch Messung und Analyse des elektrischen Widerstandes bestimmen zu können.As FIG. 3 shows, the dependence of the electrical resistance on the effect size for the heating and cooling phase is at least almost linear. This results in a simple assignment of resistance-effect size, in order to be able to determine the effect size by measuring and analyzing the electrical resistance.

Fig. 4 zeigt dabei einen Regelkreis mit einem Vergleicher und Regler 31 und einem Memory-Element 9, welches gleich zeitig als Stellglied und auch als Meßglied für die Wi derstandsanalyse zur Positionserfassung gilt. Fig. 4 shows a control circuit with a comparator and controller 31 and a memory element 9 , which applies simultaneously as an actuator and also as a measuring element for Wi resistance analysis for position detection.

Dem Vergleicher und Regler 31 wird ein Sollwert zugeführt, wobei man in der Meßphase über das Memory-Element eine Ausgangsgröße X erhält. Durch die Einheit von Stellglied und Encoder läßt sich damit ein Regelsystem gemäß Fig. 3 als einfaches Zwei-Draht-System im Multiplexbetrieb auf bauen und verwenden. A setpoint is supplied to the comparator and controller 31 , an output variable X being obtained in the measuring phase via the memory element. The unit of actuator and encoder can be used to build and use a control system according to FIG. 3 as a simple two-wire system in multiplex mode.

Fig. 5 zeigt dabei die Multiplexdarstellung zur Wider standserfassung. Daraus ist ersichtlich, daß in kurzen Pausen, in denen kein Strom zugeführt wird, der Drahtwi derstand gemessen wird, der ein relatives Maß für die Position darstellt. Fig. 5 shows the multiplex representation for resistance detection. From this it can be seen that in short breaks in which no current is supplied, the wire resistance is measured, which represents a relative measure of the position.

Dabei wird in der Kühlphase - d. h. also allgemein in der Phase, in der eine Erwärmung nicht stattfindet - durch die eingesetzte Feder 19′ (die in der Regel nur bei Memory- Elementen mit Einwegeffekt benötigt werden) sicherge stellt, daß am Ende der Abkühlphase das betreffende Memo ry-Element (hier der Memory-Draht) wieder seine ursprüng liche Ausgangslänge einnimmt und damit der im gezeigten Ausführungsbeispiel verschwenkbare Arm wieder seine Aus gangslage erreicht.It is in the cooling phase - ie generally in the phase in which heating does not take place - by the spring 19 'used (which is usually only required for memory elements with a one-way effect), which ensures that at the end of the cooling phase Memo ry element in question (here the memory wire) again takes its original starting length and thus the pivotable arm in the embodiment shown reaches its starting position again.

Die spezifische Ausrichtung der Feder kann so gewählt werden, daß eine sich bei zunehmender Verschwenkung ver ändernde Federkraft, d. h. vor allem eine abnehmende Fe derkraft-Kennlinie, bei zunehmender Verschwenkung erzeugt wird.The specific orientation of the spring can be chosen in this way be that a ver with increasing pivoting changing spring force, d. H. especially a decreasing Fe derkraft characteristic curve, generated with increasing pivoting becomes.

Das beschriebene Beispiel zeigt unter Verwendung von ge eigneten Memory-Zugdrähten 9 eine deutliche - nahezu line are - Relation zwischen elektrischem Widerstand und Län genänderung, auch ohne Einfluß der Temperatur.The example described shows using ge suitable memory pull wires 9 a clear - almost line are - relation between electrical resistance and Län gene change, even without the influence of temperature.

Die Deutlichkeit dieser Relation erlaubt die Umsetzung einer Aktorik mit Memory-Zugdrähten bei gleichzeitiger Positionserfassung.The clarity of this relation allows implementation an actuator with memory pulling wires at the same time Position detection.

Eine übliche Anordnung Motor-Getriebe-Encoder kann dadurch durch ein einziges Element ersetzt werden.This can result in a common arrangement of a motor-gearbox encoder be replaced by a single element.

Die Analyse des elektrischen Widerstandes dient dabei als Feedback zur Ermittlung der Ausgangsgröße im geschlossenen Regelkreis.The analysis of the electrical resistance serves as Feedback to determine the initial size in the closed Control loop.

Rechnergesteuert kann auch eine digitale Regelung mit variabler Sollwertvorgabe und kontinuierlicher Visualisie rung der Regelkenngrößen realisiert werden. Zur Positio nierung kann eine Teachfunktion erstellt werden, welche die Datengrundlage für einen automatischen Programmablauf bietet.A digital control can also be computer-controlled variable setpoint specification and continuous visualization control parameters can be realized. To position a teach function can be created the data basis for an automatic program run offers.

Das Ausführungsbeispiel ist anhand von Memory-Zugdrähten beschrieben worden. Gleichzeitig sind aber auch andere Memory-Antriebs- und -Verstelleinrichtungen möglich. Ent sprechende motorlose Verstellmöglichkeiten ergeben sich ebenso beispielsweise bei Verwendung von "Torsionsdräh ten", die beispielsweise pendelartig in Vertikallage auf gehängt oder längs einer Wegstrecke eingespannt sind, und die in Abhängigkeit einer Temperaturveränderung eine Dreh bewegung um ihre Längsachse ausführen. Auch hier kann der Grad der Torsions-Drehbewegung durch Messung des sich während der Torsion verändernden Widerstandes erhalten werden.The embodiment is based on memory pull wires have been described. But at the same time there are others Memory drive and adjustment devices possible. Ent Talking motorless adjustment possibilities arise likewise, for example, when using "torsion wire ten ", for example pendulum-like in a vertical position are hung or clamped along a path, and which is a rotation depending on a change in temperature perform movement around its longitudinal axis. Here, too Degree of torsional rotation by measuring the obtained during the torsion changing resistance will.

Claims

1. A method for performing movements, for example in robot axes, characterized in that a drive and adjustment device ( 7 ) is used in which the movement of an actuator by means of a thermally induced shape and / or length change of a Stellelemen tes can be carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that a drive and adjusting device ( 7 ) is used, which consists of one or more adjusting elements which are formed from alloys with shape memory effect.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the thermal shape and / or length change is generated by Joule heat, i.e. by electricity flow through the at least one control element.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the drive and adjusting device ( 7 ) from at least one, preferably a plurality of parallel shape memory wires ( 9 ) is formed.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that pull wires are used as wires ( 9 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the shape memory adjusting elements preferably in the form of tensile wires ( 9 ) for deflection large absolute changes in length are deflected several times.

7. The method in particular according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive and adjustment device ( 7 ) and thus the actuating elements ( 9 ) is also used as a resistance measuring device for detecting the adjustment position.

8. The method according to claim 7, characterized in that the measurement of the resistance in a time-division multiplex measurement procedure is carried out, especially in the cooling phase representing power breaks.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the resistance of the shape memory alloy wire ( 9 ) is measured and from this the length of the wire ( 9 ) and in particular the position of an actuator system is measured and controlled relatively.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that torsion wires ( 9 ) with shape memory effect are used as the drive and adjusting device ( 7 ).

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized characterized in that actively operable in the cooling phase Cooling elements, especially fans, switched on who the.

12. A device for performing movements, for example in robot axes, characterized in that a drive adjusting device ( 7 ) is provided, in which the movement of an actuator by means of a thermally induced shape and / or length change of a Stellelemen tes can be carried out.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the drive and adjusting device ( 7 ) comprises one or more adjusting elements which are formed from alloys with shape memory effect.

14. The apparatus according to claim 12 or 13, characterized records that the thermal shape and / or length change the control elements by means of Joule heat, d. H. by Current flow through the control elements can be generated.

15. The device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the drive and Verstellein direction ( 7 ) at least one, preferably several, parallel to each other laid shape memory wires ( 9 ) summarizes.

16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that pull wires are used as wires ( 9 ).

17. The device according to any one of claims 12 to 16, characterized in that the shape memory adjusting elements preferably formed in the form of tension wires ( 9 ) are deflected to achieve large absolute changes in length in a comparatively small space over several deflection points.

18. The device in particular according to one of claims 12 to 17, characterized in that the drive and adjusting device ( 7 ) and thus the adjusting elements ( 9 ) have a resistance path to form a resistance measuring device for detecting the adjusting positions of one of the adjusting elements ( 9 ) form actuated actuators.

19. The apparatus according to claim 18, characterized in that a time-division multiplex measuring device is provided, by means of which the resistance of the at least one control element ( 9 ) can be measured, in particular in the currentless pauses forming the cooling phase.

20. Device according to one of claims 12 to 19, characterized in that a measuring device for measuring the resistance of the at least one shape memory alloy wire ( 9 ) is provided, about which the length of the at least one wire ( 9 ) and in particular the Position of an actuated actuator is relatively measurable and controllable.

21. Device according to one of claims 12 to 20, characterized in that the drive and Verstellein direction ( 7 ) comprises torsion wires ( 9 ) with shape memory effect.